菜棚鱼菜共作模式构建、尾水利用及效益前景分析研究

◎ 文/张朝阳 李勇 刘巍 李斌 张小晓 王维军

宁夏回族自治区固原市盐碱砂地冷凉地区在菜棚中构建“水中养鱼—鱼粪供菜—菜净化水—水再养鱼”菜棚鱼菜共作生态循环综合种养模式，鱼和菜相互“混搭”而又完美“牵手”，养鱼不换水、种菜不施肥，打破了养鱼的地域、空间和生产方式限制，有利于实现节水控水、推动产业结构调整和助力乡村振兴，为促进现代农业转型升级、黄河流域生态保护和高质量发展提供了先进模式。

宁夏回族自治区（以下简称“宁夏”）固原市位于黄土高原的西北边缘，六盘山东北麓，平均海拔1750m，气候冬暖夏凉，全市有1.25万栋、2093ha日光温室进行蔬菜种植，誉为“中国冷凉蔬菜之乡”。菜棚长期施用化肥使得原本盐碱较重、有机质贫瘠土地的盐渍化程度加剧，需要创新生产方式，减少化肥使用量控制土壤盐碱化、增加土壤有机质提高地力、开展综合种养提升效益。从2019年开始，宁夏水产技术推广站联合中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，在固原市丰和渔业科技有限公司基地开展菜棚鱼菜共作模式构建、尾水利用及效益提升方面的试验研究，将养鱼设施建设在日光温室菜棚中进行鱼菜共作，养鱼不换水，种菜不施肥，土地资源和水资源综合高效利用，效益明显，示范区域逐步扩展。

一、材料方法

（一）集成菜棚鱼菜共作生产模式

基于鱼类和蔬菜互利共作、物质循环和能量平衡理论，在蔬菜大棚中建设菜棚鱼菜共作模式（见图1），形成占比为10:90的设施养鱼和蔬菜种植两个生产区域，设施养鱼区建设养鱼系统养殖名优水产品，蔬菜种植区进行土基蔬菜和水培蔬菜的合理种植、生产管理。养鱼尾水过滤后形成高浓度液肥和低浓度水体两部分，高浓度液肥发酵后作为蔬菜的有机肥，低浓度水体中营养元素被吸收利用及有害物质被分解后循环再养鱼，促进水产养殖和蔬菜种植绿色高质量发展。

图1 菜棚鱼菜共作模式基本原理

（二）构建菜棚鱼菜共作生产系统

菜棚鱼菜共作模式中的设施养鱼区占总面积的10%，最大不能超过15%。养鱼系统由水产养殖缸、竖流沉淀器、微滤机、粪污发酵罐、滤清水泵池、生化反应罐、紫外杀菌器以及进排水、罗茨鼓风机、监控器、地灌管等设施设备组成。其中：水产养殖缸由铝材板和PVC防雨布内衬组成，直径6m～9m，体积30m3～70m3。沉淀器直径0.5m，体积1m3。发酵罐直径1.3m，体积2m3。滤清池直径1.5m，体积2.5m3。生化反应罐直径2.2m，体积10m3，内填微生物浮料5m3。微滤机功率50m3/h，紫外线杀菌器功率480W。养殖品种以斑点叉尾鮰、鲈鱼、鲟鱼、黄颡鱼、泥鳅等高价值的名优鱼类为主。

蔬菜种植区占总面积的90%，品种主要有果菜、叶菜以及根菜三大类。种植方式有两种，一是土基种植，培土起垄、地灌浇水，垄宽120cm～150cm，垄高15cm～20cm。果菜每垄种植2行，行距40cm～60cm，株距50cm，生长周期110d～150d。叶菜、根菜进行平面点播或播撒，生长周期45d～80d。二是水培蔬菜钢架设施种植，钢架4个，单个长8m以上，高1.5m，双面8层种菜，菜穴间距20cm，水体流经蔬菜根部总长300m，主要移植根系发达的生菜、香芹等叶菜。

（三）形成尾水治理循环利用流程

在鱼菜共作整个生产过程中，设施养鱼产生的养殖尾水不间断从底部和侧部的出水口排出，进入竖流沉淀器和微滤机分为10%的高浓度液肥和90%的低浓度水体（见图2）。高浓度液肥进入粪污发酵罐，定期通过管道和地灌设施浇灌蔬菜，为蔬菜供应养分，实现水肥一体化操作，生产绿色、有机蔬菜；低浓度水体进入滤清水泵池，再进入水培蔬菜种植系统吸收氮、磷等营养元素，再进入生化反应罐被微生物降解氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等，再经紫外线杀菌消毒后进入养鱼缸循环利用。

图2 菜棚鱼菜共作生产系统及养殖尾水治理循环利用线路

（四）选择基地进行试验研究

2021年，试验在固原市原州区国家现代农业园区的蔬菜大棚基地进行，此基地位于原州区“高效节水灌溉示范县”“中国冷凉蔬菜之乡”的核心区，是水产绿色健康养殖技术推广“五大行动”骨干基地，面积13.3ha，共有蔬菜大棚33栋，其中

8栋菜棚开展鱼菜共作生产。在试验过程中，选择10号棚进行实验研究和数据收集，菜棚为外包砖土墙结构的日光温室暖棚，长80m、宽10m、面积800m2，其中养鱼区100m2、种菜区700m2（土基菜区600m2，水培菜区100m2）。圆形养鱼缸直径7m、高1.15m、养鱼水体38m3。试验棚运行正常后，系统总需水量55m3，每天收集高浓度液肥2m3，养鱼缸水体每小时循环一次，每天不间断循环流动，每天定期补水2m3。

第一季生产，养鱼缸5月27日投放大口黑鲈2000尾，规格210g/尾；9月29日销售，养殖周期122d，产量1176kg，平均规格610g/尾，成活率96.4%。土基蔬菜区5月15日定植西红柿1280株，7月10日陆续出售，9月15日结束，产量6420kg。第二季生产，养鱼缸10月20日养殖大口黑鲈苗种3万尾，全长2.5cm；12月2日销售，养殖周期63d，产量614kg，平均规格25g/尾，成活率81.9%。土基蔬菜区10月16日定植芹菜63120棵，12月28日收获，产量15780kg。水培蔬菜区5月27日移植生菜328棵，7月10日陆续出售，边销售边补苗，2021年产量755kg。种养情况详见表1。

表1 菜棚鱼菜共作生产系统种养情况表

试验期间，以22号棚作为对照组开展产量对比研究，大棚面积800m2，第一季生产，5月13日定植西红柿1737株，7月20日陆续出售，8月25日结束，产量7109kg。第二季生产，10月13日定植芹菜96050棵，12月28日收获，产量24012kg。

研究过程中，将养殖缸、净化后进水口作为水质采样点，每天进行常规水质监测，每月定期定点对水温、pH值、高锰酸盐指数、总氮、总磷、氨氮六项指标进行试验室检测。同时，对粪污发酵罐中高浓度液肥的pH值、总氮、总磷进行检测。全程对试验棚的蔬菜长势、鱼类粪肥使用量、土质变化、病害情况等进行观察，监测变化情况。

二、结果分析

（一）经济效益非常显著

试验表明，鱼菜共作试验棚2021年大口黑鲈产值11.9万元，蔬菜产值6.7万元，鱼菜总产值18.6万元，生产成本13.4万元，综合利润5.2万元（见表2）。与对照组比较分析，产值比对照组的7.4万元提高了6万元，利润比对照组的2.2万元提高了3万元。试验棚增值部分主要来源于蔬菜的溢价和设施养鱼的产值。

表2 2021年基地对比实验研究经济效益统计表

分析表明，在鱼菜共作试验大棚中，每平方米土地的平均产值达到232.7元，其中：种菜区、水培蔬菜区、水产养殖区每平方米产值分别为103元、52.9元和1190.5元，试验大棚亩产值达15.5万元；而对照组蔬菜单种大棚每平方米产值只有92.5元，亩产值6.2万元。通过发展鱼菜共作，大棚的产值每平方米增收140.2元，每亩增收9.3万元，收益提高了2.5倍。试验基地中进行西红柿和鲈鱼生产的6号棚以及单种西红柿的12号棚也取得了类似的效益对比情况。

研究表明，发展菜棚鱼菜共作，菜棚一年生产两季，每立方水体产值388元，比全区的55元增加333元；万元GDP用水量26m3，比精养池塘的384m3减少231m3，比工厂化养虾的98m3减少72m3。

在三年的生产和研究中，只针对鲈鱼、斑点叉尾鮰、鲟鱼、赤眼鳟等水产品种和西红柿、芹菜、生菜、小番茄、辣椒等蔬菜品种进行“混搭”试验，通过分析研究表明，发展菜棚鱼菜共作能够提升土地的产量、产值和收益，提高水体的利用率和产出率。同时，研究发现，菜棚鱼菜共作的产值高低、利润大小与菜、鱼的品种以及销售季节密切相关，如何将鱼类与蔬菜在菜棚中完美“牵手”，实现最佳效益和最大化利润，还需要进一步试验和长期研究。

（二）生态效益相对明显

在第一季生产过程中，共作系统水质每月进行一次试验室监测，做好数据记录（见表3）。试验表明，整个生产周期养殖缸的水温21.8℃～23.8℃，达到了鱼类最适生长范围，解决了冷凉地区昼夜温差大、水温变化幅度大、鱼类生长缓慢的问题。水体pH值7.5～8，符合鱼类养殖要求。高锰酸盐指数8.1mg/L～11.8mg/L，低于养殖尾水排放要求二级标准值（<25mg/L），表明微滤机过滤水体中悬浮性粪污的能力较强，对水体的大颗粒有机物处理效果好。

表3 2021年鱼菜共作10号棚水质检测情况统计表

我国渔业水质标准规定氨氮浓度应小于0.2mg/L，养殖生产中一般不宜超过0.5mg/L，超过2mg/L时鱼类会出现中毒症状。在四次监测过程中，养殖缸水体的氨氮分别为0.20mg/L、1.06mg/L、0.98mg/L、0.64mg/L，净化后进水口的氨氮分别为1.98mg/L、1.01mg/L、0.73mg/L、0.52mg/L，分别降解-99.0%、4.7%、25.5%、18.8%，降解率中后期显著，但数值较高且不稳定，出现了鱼类体质变弱、摄食变差等现象，这可能与生化罐中微生物制剂的品种、浓度、分解能力、生物活性等有关联，应增加生化罐中微生物制剂的浓度或降低养殖密度，避免鱼类产生应激而患病的风险。

养殖缸水体的总氮50.90 mg/L～88.79 mg/L、总磷0.83 mg/L～4.04mg/L；净化后进水口的总氮58.44mg/L～82.74mg/L、总磷0.80mg/L～3.97mg/L，含量下降幅度较小且高于养殖尾水排放要求二级标准值（总氮<5.0mg/L，总磷<1.0mg/L），这可能与系统中水培蔬菜的生长不能充分吸收水体中的氮磷有关，也可能与水培蔬菜区水体流径总长度有关联，需要合理选择水培蔬菜的种类、种植时间，以及增加水培蔬菜的数量，延长水培架水流区的长度。

监测和研究过程中还发现，粪污收集发酵罐中的高浓度液肥经过微生物分解发酵后，液肥的pH值为6.7，呈弱酸性，能够中和土壤的碱性，有效降低土壤的盐碱度和盐渍化。同时，高浓度液肥的总氮达51.28mg/L，总磷达12.50mg/L，经过一个生长周期的液肥浇灌后，土壤表面形成1cm～2cm的有机质层，鱼粪变废为宝成为有机肥，增加了土壤中的有机质，提高了土壤的肥力，改善了大棚土质，土壤不易板结，使得原来不适宜土基种植的温棚可以种植蔬菜，在砂石地、盐碱地上效果尤为明显。

（三）社会效益取得实效

试验研究表明，鱼菜共作系统既生产蔬菜又生产优质鱼类，一地双收，土地资源利用率提高1倍。系统生产用水既养鱼又供菜，一水两用，水资源利用率提高1倍。系统内的水体在整个生产周期内进行循环净化利用，养鱼不换水、不排水。全年养鱼产生的1500kg鱼粪可满足蔬菜60%的用肥量，结合使用底肥，可减少常规菜棚所需的化肥57kg，种菜不施化肥。鱼类粪肥为蔬菜生长提供养分，蔬菜长势旺盛，种植的西红柿发根快，主杆高而粗，果实由5层增加到7层，落叶期延后25d。三年共带动11户发展鱼菜共作，共有9家建档立卡户实现脱贫，吸收23个农民就地长期打工，零时就近用工1000人次以上，农民仅工资性收入就增加150余万元。

三、讨论小结

（一）打破了传统水产养殖的限制

宁夏固原市水产养殖以大水面增殖为主，面积仅占全区23100ha的3.2%，产量仅占全区161600t的0.3%，池塘养鱼、工厂化养鱼、温室养鱼几乎是空白。推广此种模式，打破了传统水产养殖的地域限制，水产养殖由川区水网地区向山区缺水地区拓展，可以在沙滩地区、砂砾地区、山区山地等土壤贫瘠地区推广，开拓了渔业生产的地域；打破了传统水产养殖的空间限制，渔业中的设施养鱼与农业中的温棚蔬菜种植紧密结合，养鱼和种菜在菜棚中进行“混搭”，传统水产养殖和传统蔬菜种植实现完美“牵手”，开拓了渔业发展的空间；打破了传统水产养殖的生产方式限制，渔业生产从地下生产转向地上和平面立体发展，开拓了渔业发展的外延和边界，为设施蔬菜大棚的综合利用、高效产出、高质量发展贡献了渔业智慧和渔业力量，渔业发展的地域、空间更加广阔，生产类型更加丰富多样，以固原市为代表的山区渔业发展潜力得到了充分挖掘。

（二）推动了绿色高质量发展

经过三年试验研究而集成创新形成的菜棚鱼菜共作模式，构建了“水中养鱼—鱼粪供菜—菜净化水—水再养鱼”生态循环种养系统，土地资源、水资源利用率方面取得了“加法”效益，化肥、农药、用工、用水方面取得了“减法”效益，综合产值、亩均利润、增收致富方面取得了“乘法”效益，面源污染、尾水排放、有害物质减少方面取得了“除法”效益，破解了山区发展现代农业如何节约用水、提高水资源利用率、提升水体产出值的难题，三年来已由固原市推广到了银川市永宁县、贺兰县、兴庆区，石嘴山市大武口区，吴忠市青铜峡市，中卫市沙坡头区等全区主要的菜棚生产区，共有20多家企业、村集体、合作社、家庭农场、种养大户、个人等参与推广，实现了经济、生态、社会效益协调发展。推广此种模式，能够充分发挥全区14.3万栋、23733ha日光温室的生产潜力，打造宁夏发展节水农业、农民脱贫致富的主要生产方法，为全区菜棚高效利用、现代农业转型升级、黄河流域生态保护和高质量发展提供先进实用的生产模式。

（三）促进了乡村产业振兴

宁夏属于极度缺水地区，2020年固原市人均水资源占有量仅330m3，不到全国平均水平的1/8。菜棚鱼菜共作亩均用水量242m3，比常规日光温室菜棚的340m3节水98m3，节水控水达28.8%。“冷凉蔬菜”被自治区第十三次党代会和宁夏现代农业“十四五”规划确定为“六特”产业之一进行大力发展，推广此种模式，有利于扬长避短充分发挥资源优势，增强设施蔬菜和设施渔业的发展后劲，实现现代农业可持续发展；有利于抓住全区大力发展冷凉蔬菜的战略机遇，拓宽渔业经济增长领域，增强渔业综合实力，推动农业和渔业绿色高质量发展；有利于巩固拓展脱贫攻坚成果与乡村振兴有效衔接，为周边农户提供大量的就近就业机会，增加其工资性收入，带动农户致富增收。